Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung eines Abgasnachbehandlungs- systems eines Abgasstromes einer Brennkraftmaschine, wobei in den Abgasstrom ein vorzugsweise harnstoffhaltiges Nachbehandlungsfluid eingespritzt wird, wel- ches in zumindest einem Katalysator zur selektiven katalytischen Reduktion (SCR- Katalysator) mit dem Abgasstrom reagiert und der Abgasstrom danach durch einen Dieselpartikelfilter geleitet wird.

Sie betrifft auch ein Abgasnachbehandlungssystem eines Abgasstromes eines Fahrzeugs, wobei das Abgasnachbehandlungssystem zumindest eine Einspritzvor- richtung zur Einspritzung eines Nachbehandlungsfluids in den Abgasstrom, zumin- dest einen Katalysator zur selektiven katalytischen Reduktion (SCR-Katalysator) und stromabwärts des SCR- Katalysators zumindest einen Dieselpartikelfilter auf- weist, und eine Regelungseinheit zur Regelung der Menge des eingespritzten Nach- behandlungsfluids mit der Einspritzvorrichtung verbunden ist.

Abgasnachbehandlungssysteme werden insbesondere in Kraftfahrzeugen mit Brennkraftmaschinen oder auch stationären Brennkraftmaschinen wie Gasturbinen zur Reduktion gesundheits- oder umweltschädlicher Substanzen im Abgas einge- setzt. Dabei spielen Katalysatoren zur selektiven katalytischen Reduktion (auch selective catalytic reduction catalyst oder SCR-Katalysatoren) eine wichtige Rolle bei der Reduktion von Stickstoffdioxid und Stickstoffmonoxid zu Stickstoff. Dazu wird ein Nachbehandlungsfluid in den Abgasstrom vorzugsweise vor dem SCR-Ka- talysator oder auch im SCR-Katalysator eingespritzt. Die Menge des eingespritzten Nachbehandlungsfluids wird dabei in der Regel von einer Reihe von Parametern wie der Abgasmenge, dem Betriebsstatus der Brennkraftmaschine, der Abgastem- peratur, usw. abhängig gemacht, um die Stickstoffdioxid- und Stickstoffmonoxid- konzentration im Abgas möglichst niedrig zu halten.

Zusätzlich werden Dieselpartikelfilter zur Reduktion der Rußpartikel im Abgas bei Diesel verbrennenden Fahrzeugen eingesetzt. Im Laufe der Verwendung lagert sich dabei Ruß des Abgases im Dieselpartikelfilter ab und es kommt zur Bildung einer Rußschicht, auch Filterkuchen oder Rußkuchen genannt. Das Vorhandensein einer nicht zu starken Rußschicht erleichtert die Entfernung von kleineren Rußpar- tikel, während ein zu dicker Rußkuchen zu einer verminderten Leistung oder Ver- stopfung des Dieselpartikelfilters führen kann. Stickstoffdioxid im Abgas kann im Zuge einer katalytischen Regeneration zu einem Rußabbrand und damit zu einem Abbau des Rußes im Dieselpartikelfilter führen, wodurch die Rußablagerungen im Filter beseitigt werden können. Dazu weist der Dieselpartikelfilter vorzugsweise entsprechende katalytische Eigenschaften wie katalytische Beschichtungen auf, um die Reduktion des Stickstoffdioxids, bzw. die Oxidation des Rußes zu Kohlen- dioxid zu katalysieren.

Es sind Abgasnachbehandlungssysteme bekannt, die SCR-Katalysatoren stromauf- wärts von Dieselpartikelfiltern vorsehen. Bei solchen Systemen ist eine katalyti- sche Regeneration des Filters kaum möglich oder stark erschwert, da der SCR- Katalysator die Stickstoffdioxidkonzentration im Abgasstrom auf ein Minimum senkt. Dadurch müssen andere Regenerationsmechanismen verwendet werden, wie beispielsweise eine additivunterstütze Regeneration oder die Nacheinspritzung von Kraftstoff in der Brennkraftmaschine zur Erhöhung der Abgastemperatur. Dies ist aber wenig kraftstoffeffizient und mit erhöhtem Aufwand verbunden. So erfor- dert es gegebenenfalls einen Zusatz des Additivs zum Kraftstoff oder das regelmä- ßige Nachfüllen des Additivs in einen entsprechenden Tank des Fahrzeugs.

Aufgabe der Erfindung ist damit, ein Verfahren zur Regelung eines Abgasnachbe- handlungssystems sowie ein Abgasnachbehandlungssystem bereitzustellen, das auf einfache Weise eine Regeneration des Dieselpartikelfilters ermöglicht.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die eingespritzte Menge an Nachbehandlungsfluid von der Rußbeladung des Dieselpartikelfilters abhängig ist.

Sie wird auch dadurch gelöst, dass die Regelungseinheit mit einer Sensoreinheit zur Bestimmung der Rußbeladung des Dieselpartikelfilters verbunden ist.

Durch den Einbezug der Menge an Ruß im Dieselpartikelfilter in die Regelung der Einspritzmenge kann die Menge an Stickstoffdioxid des in den Dieselpartikelfilter einströmenden Abgases an den Zustand des Filters angepasst werden. Dies ist besonders vorteilhaft, da so den SCR-Katalysator und den Dieselpartikelfilter über- greifend die Abgasnachbehandlung optimiert werden kann. Die Rußbeladung des Dieselpartikelfilters kann optimiert und damit die Funktion des Filters verbessert werden. Gleichzeitig kann auf eine additivunterstützte Regeneration verzichtet werden und auf eine Nacheinspritzung des Kraftstoffes zumindest teilweise ver- zichtet werden. Solche Systeme können auch bei bestehenden Fahrzeugen nach- gerüstet werden, da dies unter Umständen keine mechanische Anpassung erfor- dert. Derartige Ausführungsformen sind insbesondere bei Großmotoren wie Eisen- bahnen, Kränen, Baggern und anderen Arbeitsmaschinen wegen der Höheren ge- setzlichen Vorschriften für maximalen Stickstoffdioxid- und Stickstoffmonoxidmen- gen im Abgas vorteilhaft.

Im Rahmen der Erfindung kann der Dieselpartikelfilter mit Vorteil entweder unbe- schichtet, katalytisch beschichtet oder auch selektiv katalytisch beschichtet (also als SDPF) ausgeführt sein. Das erfindungsgemäße Verfahren ist folglich für DPF- EAS-Konzepte und für SDPF-EAS-Konzepte anwendbar.

Neben der Rußbeladung können auch eine Reihe weiterer Parameter Einfluss auf die Menge an eingespritzten Nachbehandlungsfluid nehmen, beispielsweise die be- reits genannten Parameter, die Verbrennungstemperatur oder die Abgastempera- tur.

Unter Rußbeladung wird dabei die Menge an Ruß verstanden, welche sich im Die- selpartikelfilter ansammelt.

Im Rahmen der Erfindung wird darunter, dass der Abgasstrom zuerst durch den SCR-Katalysator und danach durch einen Dieselpartikelfilter geleitet wird, verstan- den, dass der Dieselpartikelfilter in Strömungsrichtung des Abgasstromes strom- abwärts des SCR-Katalysators angeordnet ist. Als Nachbehandlungsfluid wird im Rahmen der Erfindung beispielsweise ein harnstoffhaltiges Fluid, Harnstoff oder auch NH3 verwendet. Es kann also auch eine direkte Einspritzung NH3 vorgesehen sein.

Besonders vorteilhaft ist, wenn die zugesetzte Menge an Nachbehandlungsfluid bei höherer Rußbeladung des Dieselpartikelfilters reduziert wird. Dadurch kann bei zu viel Ruß im Dieselpartikelfilter die Stickstoffdioxidkonzentration im Abgasstrom er- höht werden, die nicht vom Nachbehandlungsfluid reduziert werden. Dadurch er- folgt ein verstärkter Rußabbrand und damit eine Verringerung der Rußmenge im Dieselpartikelfilter. So kann die Rußmenge stets in einem Bereich gehalten wer- den, in dem der Rußkuchen keine Leistungsverminderung oder Verstopfung ver- ursacht. Vorzugsweise wird die zugesetzte Menge an Nachbehandlungsfluid bei besonders niedriger Rußbeladung des Dieselpartikelfilters erhöht. Dies führt dazu, dass bei vollständiger Regeneration des Dieselpartikelfilters oder sehr schwach ausgebildeten Rußkuchen ein Teil des Stickstoffdioxids nicht aus dem Abgas ent- fernt wird, wodurch der Rußabbau und damit die Regeneration des Dieselpartikel- filters durch die Reaktion mit dem restlichen Stickstoffdioxid reduziert wird. Dies führt zu einem verstärkten Aufbau eines Rußkuchens, der die Filtration insbeson- dere in Bezug auf Feinstpartikel verbessert.

Es kann vorgesehen sein, dass die Rußbeladung des Dieselpartikelfilters gemessen wird, mit einem oberen Grenzwert verglichen wird und bei Überschreitung des oberen Grenzwertes die eingespritzte Menge an Nachbehandlungsfluid reduziert wird. Dem entsprechend kann auch vorgesehen sein, dass die Rußbeladung des Dieselpartikelfilters gemessen wird, mit einem unteren Grenzwert verglichen wird und bei Überschreitung des unteren Grenzwertes die eingespritzte Menge an Nach- behandlungsfluid erhöht wird. Dadurch sind Grenzwerte für die Rußbeladung des Dieselpartikelfilters definiert, in welchen sich nach Möglichkeit die Rußbeladung im Normalbetrieb bewegen soll. Insbesondere, wenn sowohl unterer als auch oberer Grenzwert so überwacht werden, kann die Rußmenge im Dieselpartikelfilter in einem optimalen Bereich gehalten werden. Es kann auch vorgesehen sein, dass die eingespritzte Menge an Nachbehandlungsfluid dynamisch und stufenlos über die derzeitigen Rußbeladung geregelt wird. Vorteilhaft wird die Rußbeladung des Dieselpartikelfilters mit einem oder mehreren Sensoren gemessen. Als Sensoren können hierfür beispielsweise ein Differenzdrucksensor (gibt den Rußwert mit einer Korrelation zum Gegendruck aus) und/oder ein Schallsensor (gibt den Rußwert direkt aus) verwendet werden.

Alternativ kann es auch günstig sein, wenn die Rußbeladung des Dieselpartikelfil- ters über einen Modellwert ermittelt wird, wobei die ermittelte Rußbeladung einem oberen Grenzwert verglichen wird und bei Überschreitung des oberen Grenzwertes die eingespritzte Menge an Nachbehandlungsfluid reduziert wird. Dabei wird der Ruß über ein physikalisches Rußmodell ermittelt und/oder geregelt. Als Eingangs- größen werden hierbei insbesondere eine Temperatur, ein Massenstrom und/oder ein NOx-Wert und/oder ein N02-Wert verwendet. Die übrige Vorgehensweise ent- spricht der oben beschriebenen, bei welcher ein Sensor zur Messung der Rußbela- dung verwendet wird.

Grundsätzlich kann es auch vorteilhaft sein, wenn die Rußbeladung des Dieselpar- tikelfilters sowohl gemessen als auch mit einem Modell bestimmt wird. Sprich beide Methoden werden miteinander kombiniert.

Besonders vorteilhaft ist, wenn die eingespritzte Menge an Nachbehandlungsfluid ein Gleichgewicht zwischen Rußabbau und Rußaufbau im Dieselpartikelfilter ein- stellt. Dadurch kann die Filtrationsleistung des Dieselpartikelfilters weiter optimiert werden, und es sind keine regelmäßigen Regenerationszyklen mehr notwendig. Dabei wird das Gleichgewicht vorzugsweise an dem Punkt der Rußbeladung einge- stellt, an dem die Filtrationsleistung optimal ist, der Strömungswiderstand jedoch die Leistung oder den Wirkungsgrad der Brennkraftmaschine nicht oder unwesent- lich negativ beeinflusst.

Weiters kann vorgesehen sein, dass im Normalbetrieb über die eingespritzte Menge an Nachbehandlungsfluid die Stickstoffdioxidmenge des Abgasstromes vor Eintreten in den Dieselpartikelfilter zwischen 0 g/kWh und 2 g/kWh eingestellt wird. Dieser Raum ermöglicht einerseits einen ausreichenden Rußabbau im Diesel- partikelfilter, falls dies aufgrund eines zu großen Filterkuchens nötig ist, anderer- seits wird das Risiko, dass zu viel Stickoxide in die Außenluft dringen, reduziert. Dabei kann die eingespritzte Menge an Nachbehandlungsfluid so geregelt werden, dass sich die Stickstoffdioxidmenge abhängig von der aktuellen Rußbeladung zwi- schen diesen maximalen Werten bewegt.

Vorteilhaft ist, wenn der Abgasstrom nach der Führung durch den SCR-Katalysator und vor der Führung durch den Dieselpartikelfilter durch zumindest einen Ammo niak-Schlupfkatalysator geführt wird. Dies verhindert einerseits das Austreten von nicht im SCR-Katalysator umgesetzten Ammoniak in die Außenluft. Dabei wird un- ter Ammoniak-Schlupfkatalysator (ASC) oder Ammoniak- Sperrkatalysator ein zum SCR-Katalysator zusätzlicher Katalysator verstanden, welcher überschüssigen Ammoniak im Abgas katalytisch in Stickoxide, also Stickstoffdioxid und Stickstoff- monoxid, und/oder Stickstoff überführt. Die Anordnung zwischen SCR-Katalysator und Dieselpartikelfilter kann besonders vorteilhaft sein, da durch den Ammoniak- Schi upfkatalysator frei werdendes Stickstoffdioxid zum Rußabbau verwendet wer- den kann. Dadurch wird einerseits die Menge an ansonst in die Außenluft gelan- gendes Ammoniak verringert und gleichzeitig der Rußabbau begünstigt. Dies gilt auch, wenn vorgesehen ist, dass das Abgasnachbehandlungssystem stromabwärts des SCR-Katalysators und stromaufwärts des Dieselpartikelfilters zumindest einen Ammoniak-Schlupfkatalysator aufweist. Der Ammoniak-Schlupfkatalysator kann auch für die Bildung von N02 verantwortlich sein.

Des Weiteren kann vorgesehen sein, dass der Abgasstrom vor der Führung durch den SCR-Katalysator durch zumindest einen Dieseloxidationskatalysator geführt wird. Dabei wird unter Dieseloxidationskatalysator ein Katalysator verstanden, der Kohlenmonoxid in Kohlendioxid umwandelt. Dies senkt weiter die Schadstoffbe- lastung des Abgases. Dies gilt auch, wenn vorgesehen ist, dass das Abgasnachbe- handlungssystem stromaufwärts des SCR-Katalysators zumindest einen Dieseloxi- dationskatalysator aufweist. Der Dieseloxidationskatalysator kann auch für die Bil- dung von N02 verantwortlich sein.

Vorteilig ist auch, wenn insbesondere während der Wartung zur schnelleren Rege- neration des Dieselpartikelfilters die Einspritzung des Nachbehandlungsfluid so- lange unterbrochen wird, bis die Rußbelastung einen Minimalgrenzwert unter- schreitet. Da in bestimmten Situationen, wie während der Wartung des Abgas- nachbehandlungssystems eine besonders schnelle und/oder vollständige Regene- ration des Dieselpartikelfilters gewünscht ist, so kann dies vorteilhaft sein. Da in solchen Situationen unter Umständen andere Grenzwerte für die in Stickoxidbe- lastung gelten, ist so eine besonders schnelle Regeneration möglich. Der Minimal- grenzwert ist vorzugsweise so gewählt, dass er bei vollständiger Regeneration des Dieselpartikelfilters erreicht wird.

Wenn die Regelungseinheit mit der Sensoreinheit verbunden ist, so kann die ge- messene Rußbeladung in die Regelung miteinbezogen werden. Als Sensoreinheit wird dabei jede Art von Vorrichtung verstanden, die ein Signal an die Regelungs- einheit sendet, welches Auskunft über die Rußbeladung des Dieselpartikelfilters liefert. Dies kann auch ein Sensor sein, der eine andere Größe als die Rußbeladung misst, jedoch Aufschluss über die Rußbeladung erlaubt, wie beispielsweise den Strömungswiderstand.

Vorteilhaft sind ein oder mehrere Sensoren zur Messung der Rußbeladung des Die- selpartikelfilters vorgesehen. Als Sensoren können hierfür beispielsweise ein Dif- ferenzdrucksensor, welcher einen Rußwert mit einer Korrelation zum Gegendruck ausgibt, und/oder ein Schallsensor, welcher den Rußwert direkt ausgibt, angeord- net sein.

Besonders vorteilhaft ist, wenn die Sensoreinheit zumindest einen ersten Druck- sensor stromaufwärts des Dieselpartikelfilters und einen zweiten Drucksensor stromabwärts des Dieselpartikelfilters sowie eine Berechnungseinheit zur Berech- nung der Druckdifferenz aufweist. Von der Druckdifferenz kann auf den Strö- mungswiderstand des Dieselpartikelfilters und damit auf die Rußbeladung des Die- selpartikelfilters rückgeschlossen werden. Dem entsprechend kann die Druckdif- ferenz zur Regelung der Einspritzmenge verwendet werden, womit diese von der Rußbeladung abhängt. Dabei kann die Berechnungseinheit auch Teil der Rege- lungseinheit sein.

In der Folge wird die vorliegende Erfindung anhand einer in Figuren dargestellten Ausführungsvariante näher erläutert. Es zeigen :

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Ausfüh- rungsform eines Abgasnachbehandlungssystems;

Fig. 2 ein Blockdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Rege- lung des Abgasnachbehandlungssystems aus Fig. 1.

Fig. 1 zeigt ein Abgasnachbehandlungssystem 1 eines Abgasstranges 2, welcher Abgas von einer Brennkraftmaschine 3 abführt. Das Abgas wird in einem Abgas- rohr von der Brennkraftmaschine 3 zuerst zu einem Dieseloxidationskatalysator 4 geführt, welches Kohlenmonoxid katalytisch mit Sauerstoff zu Kohlendioxid oxi- diert und für die Bildung von N02 verantwortlich ist. Vom Dieseloxidationskataly- sator 4 wird das Abgas weiter bis zu einem Einlass 6a eines SCR- Katalysators 6 geleitet. Im Bereich des Einlasses 6a ist eine Einspritzvorrichtung 5 in Form eines Injektors angeordnet, die ein als Harnstofflösung ausgeführtes Nachbehandlungs- fluid in den Abgasstrang einspritzt. Die direkte Eindosierung von NH3 ist an dieser Position ebenfalls möglich. Direkt nach dem SCR-Katalysator 6 wird das Abgas in einen Ammoniak-Schlupfkatalysator 7 geleitet, welcher vom SCR-Katalysator nicht umgesetztes Ammoniak zu Stickoxid umsetzt bzw. wird NO zu N02 oxidiert. Stromabwärts des Ammoniak-Schlupfkatalysators 7 ist im Abgasstrom 2 ein Die- selpartikelfilter 8 angeordnet, durch den das Abgas geführt wird. Der Dieselparti- kelfilter kann unbeschichtet, als SDPF oder katalytisch beschichtet ausgebildet sein. Nach dem Dieselpartikelfilter 8 wird das Abgas in Richtung 9 eines Auspuffs und damit in die Außenluft geleitet. Eine Sensoreinheit 10 weist Sensoren im Die- selpartikelfilter 8 auf, misst die Rußbeladung oder eine ihr äquivalente Größe und sendet diese aktuellen Werte laufend über eine Verbindung 11 an eine Regelungs- einheit 12. Die Ermittlung der Rußbeladung kann auch modellbasiert (ohne Sen- soren) erfolgen. Die Regelungseinheit 12 regelt das Einspritzverhalten der Ein- spritzvorrichtung 5, also vor allem die eingespritzte Menge an Nachbehandlungs- fluid pro Zeiteinheit. Dabei werden die aktuellen Werte der Rußbeladung in die Regelung miteinbezogen.

Fig. 2 zeigt eine Ausführungsform eines Verfahrens in einem Blockdiagramm, wie es beispielsweise in der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform Anwendung finden kann. Die angenommenen Werte 0,3 g/kWh, 1 g/kWh und 2 g/kWh sind als Bei- spiel zu verstehen. Zuerst wird eine Messung 20 von der Sensoreinheit 10 durch- geführt, bei der die Rußbeladung des Dieselpartikelfilters 8 bestimmt wird. Danach erfolgt eine Gegenüberstellung 21 des gemessenen Wertes M mit einem unteren Grenzwert G _u und einem oberen Grenzwert G ₀ . Ist der untere Grenzwert G _u unter- schritten, so wird die Menge an eingespritztem Nachbehandlungsfluid an der Ein- spritzvorrichtung 5 soweit erhöht, dass die Menge K an Stickstoffdioxid des Abga- ses bei Eintreten in den Dieselpartikelfilter 8 nicht höher als 0,3 g/kWh ist (Block 22). Damit wird kaum N0 ₂ zur Verfügung gestellt, um einen Abbau des Rußes im Dieselpartikelfilter 8 zu ermöglichen. Diese Einstellung kann beispielsweise auf Grundlage von weiteren Messwerten weiterer Sensoren stromabwärts des SCR- Katalysators 6 oder aufgrund eines Berechnungsmodells und Erfahrungswerten er- folgen. Somit kommt es zum Aufbau oder einer Vergrößerung des Rußkuchens.

Ist der Messwert M größer als der obere Grenzwert G ₀ , so wird die Menge an ein- gespritzten Nachbehandlungsfluid an der Einspritzvorrichtung 5 soweit gesenkt, dass die Menge K an Stickstoffdioxid des Abgases bei Eintreten in den Dieselparti- kelfilter 8 bei 2 g/kWh liegt (Block 24). Damit wird genügend N0 ₂ zur Verfügung gestellt, um einen schnellen Abbau des Filterkuchens zu ermöglichen.

Sind beide Grenzwerte G _u , G ₀ nicht vom Messwert M über- bzw. unterschritten, liegt er also zwischen oder auf einem der Grenzwerte G _u , G ₀ , so wird die Einspritz- menge derart eingestellt, dass die Menge K an Stickstoffdioxid im Abgas bei Ein- treten in den Dieselpartikelfilter 8 bei 1 g/kWh liegt (Block 23). Damit wird ein Rußabbau ermöglicht, der dem Rußaufbau durch die Filterung des Abgases ent- spricht. Somit wird die Größe des Filterkuchens im Gleichgewicht auf einem be- stimmten Niveau gehalten. Danach erfolgt die erneute Durchführung des Verfah- rens, beginnend mit einer erneuten Messung 20.

In einer alternativen Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass stattdessen in einem gewissen Größenbereich der Rußbeladung die Einspritzmenge als Funktion der aktuell gemessenen Rußablagerung berechnet wird. So kann beispielsweise die Einspritzmenge aus einem vorzugsweise unveränderlichen Umrechnungsfak- tor, dividiert durch die gemessene Rußbeladung errechnet werden. Die umgekehrt proportionale Beziehung zwischen Einspritzmenge und Rußbeladung stellt dabei sicher, dass sich die Einspritzmenge vergrößert, falls die Rußbeladung abnimmt. Selbstverständlich können aber auch weitere Faktoren in die Berechnung einflie- ßen, und auch nicht proportionale Beziehungen zwischen Rußbeladung und Ein- spritzmenge vorgesehen sein.